Translate PaperArtículo originalBiofertilización con Rhizoglomus irregulare y Azospirillum brasilense en Brachiaria híbrido cv. Mulato II
[0000-0003-3206-0609] Pedro J. González-Cañizares [1] [*]
[0000-0001-7526-8456] Reynerio Reyes-Rouseaux [2]
[0000-0003-4830-0195] Delio Fernández-Milanés [2]
[0000-0002-9139-8645] Ana Nelis San Juan-Rodríguez [3]
[0000-0001-9367-7253] Daisy Dopico-Ramirez [3]
[0000-0003-3384-3904] Juan F. Ramírez-Pedroso [2]
[0000-0002-7650-2520] Luis R. Fundora-Sánchez [1]
[1] Instituto
Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), carretera San José-Tapaste, km
3½, Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. CP 32 700
[2] Instituto de Investigaciones de Pastos y Forrajes, avenida Independencia km 8½ Boyeros, La Habana, Cuba
[3] Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar, Cuba
[*] Autor para correspondencia: pgonzalez@inca.edu.cu
RESUMENSe realizó un experimento con el objetivo de evaluar el efecto de la biofertilización con la rizobacteria Azospirillum brasilense y el hongo micorrízico arbuscular Rhizoglomus irregulare en el pasto Brachiaria
híbrido cv. Mulato II cultivado en un suelo Pardo Mullido Carbonatado.
Se incluyeron cuatro tratamientos conformados por la inoculación sola y
combinada, de ambos microorganismos, más un testigo sin inocular, en un
diseño cuadrado latino. El inóculo con R. irregulare poseía una concentración de 30 esporas g-1 y se aplicó mediante el método del recubrimiento de las semillas al momento de la siembra, mientras que A. brasilense, con una concentración de 109 UFC mL-1, se aplicó sumergiendo las semillas en una solución de inóculo y agua en relación 1:10, y a razón de 20 L ha1
después del primer corte. Se realizaron cuatro cortes, a intervalos de
60 y 90 días en el período lluvioso y poco lluvioso, respectivamente. R. irregulare
aumentó la frecuencia e intensidad de la colonización micorrízica, así
como el número de esporas en la rizosfera, aunque los mayores resultados
se alcanzaron cuando se aplicó con A. brasilense. Los
biofertilizantes por separado incrementaron el crecimiento de la parte
aérea y radical de las plantas, las concentraciones de nitrógeno en la
biomasa aérea y el rendimiento de masa seca del pasto, pero los mayores
valores de estas variables, así como la mayor contribución de la
biofertilización a la nutrición nitrogenada del pasto, se obtuvieron con
su aplicación conjunta. El efecto de la biofertilización se mantuvo
durante un año.
INTRODUCCIÓNLos
pastos y forrajes constituyen las fuentes más baratas de alimentos para
el ganado bovino, de modo que la obtención de altos volúmenes de
biomasa con suficiente calidad para satisfacer los requerimientos
nutricionales de los animales continúa siendo una necesidad de primer
orden para el sector ganadero.
La fertilización
de los pastos y cultivos forrajeros contribuye a incrementar la oferta
de biomasa por unidad de superficie y tiempo y, consecuentemente, la
producción animal. Por esta vía, no sólo se restituyen los nutrientes
que se extraen del suelo a través del alimento que consume el ganado,
sino también se mejora su valor nutritivo y persistencia 1,2.
Los
estudios sobre la fertilización de los pastos, hasta hace pocos años se
enfocaban, principalmente, en el incremento de la producción de biomasa
por unidad de superficie; sin embargo, el aumento creciente de los
precios de los fertilizantes, unido a la necesidad de disponer de
tecnologías amigables con el medio ambiente, impone el diseño de
estrategias de fertilización que garanticen una nutrición adecuada de
estos cultivos, disminuyan el uso de insumos externos y, a la vez, aseguren la protección de los recursos naturales 3,4.
Dentro
de tales estrategias se incluye la biofertilización, por sus
potencialidades para incrementar los rendimientos de los cultivos
agrícolas, mejorar las propiedades biológicas de los suelos y reducir el
uso de fertilizantes minerales 5,6;
por ello, la obtención y empleo de biofertilizantes para aumentar la
eficiencia del uso de los nutrientes y promover el crecimiento de los
plantas sigue siendo objeto de estudio.
El cultivo de especies forrajeras del género Brachiaria, específicamente B.
híbrido cv. Mulato II, se ha ido extendiendo en las zonas tropicales,
debido a su alto potencial de producción de biomasa y valor nutritivo
para la alimentación del ganado; sin embargo, sus requerimientos de
fertilizantes para alcanzar altos rendimientos suelen ser elevados 7.
Se ha demostrado que el uso de bacterias asociativas del género Azospirillum
contribuye a mejorar el rendimiento de las poáceas forrajeras, no sólo
por su capacidad para fijar nitrógeno atmosférico y su contribución a la
reducción de las necesidades de un suministro de este nutriente vía
fertilización, sino también por otros beneficios como la producción de
fitohormonas, la solubilización de fosfatos, el biocontrol de patógenos y
la protección de las plantas contra estreses abióticos 8-10.
Por
otra parte, los hongos formadores de micorrizas arbusculares (HMA) son
componentes integrales de la rizosfera de los pastos, cuyas plantas
permanecen estrechamente asociadas mediante una red de hifas
interconectadas que incrementan el volumen de suelo que exploran las
raíces y facilitan la absorción de los nutrientes y el agua 11,12,
además de otros servicios, como el incremento de su tolerancia al
estrés hídrico, la protección contra patógenos y el restablecimiento de
los tejidos fotosintéticos después de la defoliación 13.
De hecho, el manejo de la biofertilización con estos microorganismos
edáficos, también ha arrojado resultados positivos en el aumento de los
rendimientos y la mejora en la absorción de nutrientes de los pastos 14,15.
Sin
embargo, los estudios sobre el manejo conjunto de la biofertilización a
base de bacterias asociativas y HMA en pastos y cultivos forrajeros no
abundan, a pesar de las posibles ventajas de la introducción de ambos
microorganismos en los esquemas de suministro de nutrientes de estos
cultivos 16,17.
Basado en tales premisas se realizó el presente trabajo, con el objetivo de evaluar la respuesta de Brachiaria híbrido cv. 36087 (Mulato II) a la aplicación simple y combinada de biofertilizantes a base de la rizobacteria Azospirillum brasilense y la especie de HMA Rhizoglomus irregulare.
MATERIALES Y MÉTODOSSe
realizó un experimento en la Vaquería Típica 23 de la Unidad Básica de
Producción Cooperativa “Juan Oramas”, ubicada en el municipio de
Guanabacoa, provincia de La Habana, a los 23o08’ de latitud norte y a los 82º11’ de longitud oeste, sobre un suelo Pardo Mullido Carbonatado 18, cuyas principales características químicas se presentan en la Tabla 1.
El suelo poseía pH alcalino, contenidos
medio y alto de materia orgánica (MO) y fósforo asimilable,
respectivamente, así como alta capacidad de intercambio de bases (CIB),
destacándose dentro de estas, los altos valores de Ca y K
intercambiables 19.
El comportamiento de las precipitaciones y temperatura durante el período en que se condujo el experimento se muestran en la Figura 1.
Comportamiento de las precipitaciones y la temperatura durante el período de ejecución del experimento
Durante el tiempo en que se condujo el
experimento (mayo 2015-abril 2016), la precipitación total fue de 1187
mm, de la cual el 75 % ocurrió durante el período lluvioso (mayo y
octubre de 2015) y el resto, entre noviembre de 2015 y abril de 2016 20.
Se
evaluaron cuatro tratamientos, conformados por un testigo sin
biofertilización, más las aplicaciones solas y combinadas de
biofertilizantes a base de la rizobacteria A. brasilense y la especie de HMA R. irregulare, en un diseño cuadrado latino. Las parcelas constituyeron la unidad experimental y tenían una superficie total de 21 m2 y un área de cálculo de 14 m2.
El
suelo se preparó mediante labores de roturación (arado), grada, cruce
(arado) y grada, a intervalos aproximados de 25 días entre cada una. La
siembra del pasto se realizó en mayo de 2015, en surcos separados a 50
cm y a chorrillo, con una dosis de 10 kg de semilla total ha-1 (1 kg de semilla pura germinable ha-1)
y a una profundidad de 1.5 cm. Previo a la siembra, se tomaron con una
barrena 10 muestras de suelo por el método del zigzag, a una profundidad
de 0-20 cm, a las cuales se les determinó el pH en H2O
(potenciometría, relación suelo-agua 1:2.5), y los contenidos de materia
orgánica (Walkley y Black), P asimilable (extracción con H2SO4 0.05 mol L-1 y determinación colorimétrica), cationes intercambiables [extracción con NH4Ac 1 mol L-1
pH 7 y determinación por complejometría (Ca y Mg) y fotometría de llama
(Na y K)] y la CIB (suma de bases intercambiables), según las técnicas
analíticas establecidas en el laboratorio de suelo y plantas del
Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA) 21.
Para la biofertilización con A. brasilense se utilizó el producto comercial Nitrofix®,
procedente del Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de
la Caña de Azúcar (ICIDCA), que contenía la cepa 8I, con una
concentración de 109 UFC L-1. Se preparó una
solución compuesta por una mezcla de biofertilizante y agua en una
relación 1:10, en la cual se sumergieron las semillas durante 15
minutos; posteriormente se extrajeron y secaron a la sombra y se
procedió a la siembra. A los 30 días después de la siembra, se preparó
una mezcla del biofertilizante y agua en la proporción ya descrita y
mediante una mochila manual se aplicó al suelo, muy próximo a los
surcos, a razón de 20 L ha-1 de Nitrofix®.
Para la aplicación del biofertilizante micorrízico se utilizó la cepa INCAM-11 de la especie de HMA Rhizoglomus irregulare22
procedente de la colección del INCA. El inóculo se multiplicó en un
sustrato arcilloso esterilizado en autoclave a 120 °C por una hora
durante tres días, con el uso de Brachiaria decumbens cv.
Basilisk como planta hospedera y contenía 30 esporas por gramo de
sustrato, así como abundantes fragmentos de raicillas e hifas del hongo.
La inoculación se realizó por el método del
recubrimiento de las semillas, para lo cual estas se sumergieron en una
pasta fluida, elaborada mediante la mezcla de una cantidad de inóculo
sólido equivalente al 10 % del peso de las mismas y agua, en una
proporción de 60 mL de agua por cada 100 g de inóculo. Las semillas
después de secadas a la sombra se sembraron. En el tratamiento donde se
aplicaron conjuntamente ambos biofertilizantes, se adicionó el producto
que contenía A. brasilense al agua utilizada para la preparación
del inoculante micorrízico para la siembra, manteniendo la misma
relación inóculo-agua. En el experimento no se aplicaron fertilizantes.
Se
realizaron cuatro cortes a una altura de 10 cm de la superficie del
suelo, los dos primeros a los 90 y 150 días después de la siembra, ambos
en la época lluviosa y los otros a intervalos de 90 días, coincidiendo
con el período menos lluvioso. En cada corte se pesó la masa fresca de
la parte aérea del pasto que ocupaba el área de cálculo de las parcelas y
se tomaron muestras de 200 g, las cuales se llevaron a una estufa de
circulación de aire a 70 ºC durante 72 horas, para determinar el
porcentaje de masa seca, estimar el rendimiento de masa seca y las
concentraciones de N, P, K en la biomasa 21.
En
el momento de cada corte, en cinco puntos del área de cálculo de cada
parcela se midió la altura del dosel mediante una regla graduada y se
consideró el punto de lectura, aquel donde la mayoría de las hojas
perdían su posición vertical. En el segundo y cuarto corte, enmarcados
en el período lluvioso y poco lluvioso, respectivamente, de cada parcela
se tomaron tres sub-muestras de raíces y de suelo de la rizosfera a una
profundidad de 0‒20 cm, mediante el empleo de un cilindro metálico de 5
cm de diámetro y 20 cm de altura. Los puntos de muestreo se
distribuyeron equidistantes y separados a 10 cm de los surcos.
Las
submuestras fueron homogenizadas para formar una muestra compuesta por
parcela, de la cual se extrajo 1 g de raicillas para su tinción y
clarificación 23. Se evaluaron la frecuencia de colonización micorrízica, mediante el método de los interceptos 24, la densidad visual o intensidad de la colonización 25
y el número de esporas en la rizosfera, a partir del tamizado y
decantado por vía húmeda de dichas estructuras y su observación en
microscopio 26.
La
densidad de raíces se determinó momentos antes del segundo corte; para
ello, en tres puntos equidistantes ubicados en el área de cálculo de
cada parcela y a 10 cm del surco, se realizó un corte vertical del suelo
hasta la profundidad 25 cm y se introdujo un cilindro metálico de 5 cm
de diámetro y 20 cm de longitud. El suelo contenido en cada cilindro se
depositó en un recipiente de vidrio, se agregó agua corriente y se agitó
manualmente hasta deshacer los agregados gruesos y, seguidamente, se
pasó por un tamiz de 0.5 mm. Las raíces recolectadas en el tamiz fueron
lavadas nuevamente para eliminar los restos de suelo, secadas al aire e
introducidas en una estufa a 70 ºC hasta obtener una masa constante.
El procesamiento estadístico de los datos se realizó mediante el análisis de varianza y la prueba de rangos múltiples de Duncan 27
a p<0,05. En las variables correspondientes a la caracterización
química del suelo, así como en aquellas cuyos resultados se muestran en
gráficos, se utilizó el intervalo de confianza de las medias (α=0,05)
como estadígrafo de dispersión o como criterio para su comparación 28. En todos los casos se utilizó el programa estadístico SPSS 25 29.
RESULTADOS Y DISCUSIÓNEn la Figura 2
se presenta la influencia de los tratamientos en las variables
fúngicas. Tanto en el período lluvioso como en el poco lluvioso, con la
inoculación de R. irregulare se encontró un aumento significativo
de la frecuencia e intensidad de la colonización micorrízica (densidad
visual), así como del número de esporas en la rizosfera; sin embargo,
los mayores efectos se observaron con la coinoculación de A. brasilense y R. irregulare, lo que puede atribuirse a un efecto positivo de las sustancias estimuladoras del crecimiento producidas por A. brasilense
en el incremento de la longitud y ramificación de las raíces y en
consecuencia, en el aumento de los sitios de colonización, así como al
propio estímulo de estas sustancias en la formación y multiplicación de
las estucturas micorrízicas 16,30.
Los
valores de las variables fúngicas fueron mayores en el período lluvioso
que en el poco lluvioso debido, probablemente, a la estacionalidad de
la producción de biomasa del pasto. Durante la época de lluvias ocurre
un rápido crecimiento de los pastos en virtud de los mayores niveles de
precipitaciones y temperatura, tal como se muestra en la Figura 1 y ambos factores, unido al aumento de la luminosidad 31,32,
conducen a la absorción de una mayor cantidad de nutrientes para la
formación de biomasa y consecuentemente, a la formación de mayores
cantidades de estructuras micorrízicas para garantizar el acceso de las
plantas a los recursos del suelo 33,34.
Efecto de los tratamientos en las variables fúngicas. Las barras verticales muestran el intervalo de confianza
Medias con intervalos de confianza que se solapan entre si no difieren significativamente (α=0,05)
La Tabla 2 muestra el
efecto de la biofertilización sobre las concentraciones de
macronutrientes (N, P y K) en la biomasa aérea del pasto. Tanto en el
período lluvioso como en el poco lluvioso, la aplicación por separado de
ambos biofertilizantes incrementó las concentraciones de N, en relación
con el tratamiento no inoculado (testigo), aunque entre ambos
tratamientos, los valores más altos correspondieron a A. brasilense, pero los mayores efectos se encontraron con la aplicación conjunta de los biofertilizantes.
Al evaluar la participación de los biofertilizantes en el aumento de las concentraciones de nitrógeno en la biomasa (Figura 3)
se observó un resultado similar; es decir, la aplicación sola de uno u
otro biofertilizante mejoró la nutrición del pasto con este nutriente
durante ambos períodos, aunque los mayores valores correspondieron al
tratamiento con A. brasilense. Sin embargo, la mayor participación se alcanzó con la aplicación conjunta de ambos biofertilizantes.
Participación de los biofertilizantes en el incremento de las concentraciones de N en la biomasa
Participación (%) = [(concentración de N (g kg-1) en la biomasa aérea del tratamiento biofertilizado-concentración de N (g kg-1) de la biomasa aérea del testigo) / Concentración de N (g kg-1) de la biomasa aérea del tratamiento inoculado] x 100
Las
barras verticales muestran el intervalo de confianza. Medias con
intervalos de confianza que se solapan entre si no difieren
significativamente (α=0,05)
Las poáceas forrajeras requieren cantidades importantes de N para mejorar su rendimiento y valor nutritivo 7,35
y a juzgar por el contenido de materia orgánica, las concentraciones de
N del suelo donde se ejecutó el experimento no fueron suficientes para
satisfacer la demanda del cultivo; además, en el experimento no se
aplicó fertilizante nitrogenado. Por otra parte, se ha demostrado que
los HMA participan activamente en la transferencia de N del suelo a la
planta hospedera 36. A partir de estas premisas, se podía esperar un efecto positivo de la inoculación con R. irregulare en la absorción de N, en el incremento en las concentraciones de este elemento en la biomasa aérea, como se observó en la Figura 3 y, en consecuencia, una mejora de la nutrición nitrogenada del pasto.
Con respecto a la inoculación con A. brasilense, se conoce que este microorganismo puede fijar cantidades importantes de N en especies de pastos del género Brachiaria8,37,
de modo que ello pudiera explicar su mayor efecto en el aumento de las
concentraciones de N en la biomasa y su mayor contribución a la
nutrición nitrogenada, en relación con R. irregulare. Sin
embargo, el hecho de que ambas variables hayan alcanzado los mayores
valores con el tratamiento donde se aplicaron los microorganismos de
manera conjunta, refleja un efecto complementario de los mismos en la
mejora de la nutrición nitrogenada del pasto.
Los
tratamientos no tuvieron efectos en las concentraciones de P y K en la
biomasa aérea, lo que estuvo en correspondencia con los altos contenidos
de ambos elementos en el suelo (Tabla 1); de hecho, este fue un criterio para decidir la no aplicación de fertilizante fosfórico ni potásico en el experimento.
En la Tabla 3
se presenta el efecto de los tratamientos sobre algunos indicadores del
crecimiento y el rendimiento de MS masa seca de la parte aérea del
pasto. Al igual que en las variables analizadas anteriormente, se
encontró un efecto significativo de la biofertilización sobre la altura
del dosel y el rendimiento de MS, tanto en la época de lluvias como en
la época menos lluviosa, así como sobre la densidad de raíces del pasto.
Al comparar los resultados obtenidos con la aplicación de estos
microorganismos por separado, la inoculación con A. brasilense mostró valores mayores que los alcanzados con R. irregulare en estas variables, aunque los mayores efectos se obtuvieron con la aplicación conjunta de ambos biofertilizantes.
El
efecto de los tratamientos en el crecimiento y el rendimiento del
pasto, parece estar relacionado con la influencia de los
biofertilizantes en las concentraciones de N en la biomasa de la parte
aérea de las plantas. Se conoce que, de todos los nutrientes minerales, este elemento es, cuantitativamente, el más importante para las poáceas forrajeras 7,38.
De este modo, la mejora de la nutrición nitrogenada provocada por la
aplicación de los biofertilizantes, tal como se observó en la tabla
anterior, pudo haber repercutido favorablemente en la altura del dosel y
el crecimiento de las raíces y, consecuentemente, en el rendimiento del
pasto.
En el caso de A. brasilense, además de
su contribución a la fijación biológica de N anteriormente citada, este
microorganismo también ejerce diferentes mecanismos de estímulo del
crecimiento a través de la producción de fitohormonas, principalmente
ácido indolacético y giberelinas, lo cual modifica el metabolismo de las
plantas y conduce a una mejor captación de agua y minerales 8,39. Ello también pudiera explicar su mayor influencia en el crecimiento del pasto, en relación con R. irregulare.
Con
respecto a los HMA, varios autores han encontrado un efecto positivo en
las concentraciones de N en la biomasa de la parte aérea de los pastos
inoculados con cepas eficientes, a partir de un aumento del
aprovechamiento de este elemento, dado, tanto por el aumento de la
superficie radical de las plantas, como por la formación de estructuras
micorrízicas que le permiten acceder a este y otros recursos del suelo 36, lo cual pudiera estar influyendo en los resultados obtenidos.
Resulta de interés destacar que la adición de R. irregulare
haya sido efectiva para mejorar las concentraciones de N en la biomasa
de la parte aérea, el crecimiento y el rendimiento del pasto, a pesar de
las altas concentraciones de P del suelo, pues algunos trabajos
refieren que el efecto de la inoculación micorrízica puede inhibirse en
presencia de altos contenidos de este elemento 40.
Sin embargo, otros han encontrado que las plantas inoculadas con cepas
de HMA eficientes, pueden alcanzar un funcionamiento micorrízico
efectivo, aun en suelos con altas concentraciones de P, siempre que
otros nutrientes limiten su crecimiento y desarrollo 41.
CONCLUSIONES
La biofertilización con A. brasilense y R. irregulare constituye una alternativa efectiva para mejorar la nutrición nitrogenada y el rendimiento del pasto B.
híbrido cv. Mulato II, al menos durante el primer año de su aplicación;
los mejores beneficios se obtienen con la aplicación conjunta de ambos
microorganismos.
Se sugiere realizar
estudios para evaluar su contribución a la reducción de la aplicación de
fertilizantes, fundamentalmente los nitrogenados.
INTRODUCTIONPastures
and forages are the cheapest sources of food for cattle, so obtaining
high volumes of biomass of sufficient quality to meet the nutritional
requirements of animals continues to be a first-rate need for the
livestock sector.
The fertilization of pastures
and fodder crops contributes to increasing the biomass supply per unit
area and time, and consequently, animal production. In this way, not
only are the nutrients extracted from the soil restored through the feed
consumed by livestock, but their nutritional value and persistence are
also improved 1,2.
Studies
on pasture fertilization, until a few years ago, focused mainly on
increasing biomass production per unit area. However, the increasing
increase in fertilizer prices, together with the need for
environmentally friendly technologies, imposes the design of
fertilization strategies that guarantee adequate nutrition for these
crops, decrease the use of external inputs, and at the same time, ensure
the protection of natural resources 3,4.
Such
strategies include biofertilization, due to its potential to increase
the yields of agricultural crops, improve the biological properties of
the soil and reduce the use of mineral fertilizers 5,6;
therefore, the obtaining and use of biofertilizers to increase the
efficiency of the use of nutrients and promote the growth of plants
continues to be studied.
The cultivation of forage species of the Brachiaria genus, specifically B. hybrid
cv. Mulato II, has been spreading in tropical areas due to its high
potential for biomass production and nutritional value for livestock
feed; however, their fertilizer requirements to achieve high yields are
usually high 7.
The use of associative bacteria of the genus Azospirillum
has been shown to contribute to improving the performance of forage
Poaceae. Not only for their ability to fix atmospheric nitrogen and
their contribution to reducing the need for a supply of this nutrient
via fertilization, but also for other benefits such as the production of
phytohormones, the solubilization of phosphates, the biocontrol of
pathogens and the protection of plants against abiotic stresses 8-10.
On
the other hand, arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are integral
components of the rhizosphere of grasses, whose plants remain closely
associated through a network of interconnected hyphae that increase the
volume of soil explored by the roots and facilitate the absorption of
the nutrients and water 11,12.
In addition, to other services, such as increased tolerance to water
stress, protection against pathogens, and restoration of photosynthetic
tissues after defoliation 13. In fact, the
management of biofertilization with these edaphic microorganisms has
also yielded positive results in increasing yields and improving
nutrient absorption from pastures 14,15.
However,
studies on the joint management of biofertilization based on
associative bacteria and AMF in pastures and forage crops are not
abundant, despite the possible advantages of the introduction of both
microorganisms in the nutrient supply schemes of these crops 16,17.
Based on such premises, the present work was carried out, with the objective of evaluating the response of Brachiaria hybrid cv. 36087 (Mulato II) to the simple and combined application of biofertilizers based on the rhizobacterium Azospirillum brasilense and the species of AMF Rhizoglomus irregulare.
MATERIALS AND METHODSAn
experiment was carried out in the Typical Vaquería 23 of the Basic Unit
of Cooperative Production Juan Oramas, located in Guanabacoa
municipality, Havana province, at 2º 08 'north latitude and 82º 11' west
longitude, on a Brown soil Fluffy Carbonate 18, whose main chemical characteristics are presented in Table 1.
The soil had alkaline pH, medium and high
contents of organic matter (OM) and assimilable phosphorus,
respectively, as well as high base exchange capacity (CIB), highlighting
within these, the high values of interchangeable Ca and K 19.
The behavior of rainfall and temperature during the period in which the experiment was conducted are shown in Figure 1.
Behavior of rainfall and temperature during the run period of the experiment
During the time the experiment was
conducted (May 2015-April 2016), the total precipitation was 1187 mm, of
which 75 % occurred during the rainy period (May and October 2015) and
the rest, between November 2015 and April 2016 20.
Four
treatments were evaluated, consisting of a control without
biofertilization, and the single and combined applications of
biofertilizers based on the rhizobacteria A. brasilense and the species of R. irregulare AMF, in a Latin square design. The plots constituted the experimental unit, and had a total area of 21 m2 and a calculation area of 14 m2.
The
soil was prepared by mowing (plowing), harrowing, crossing (plowing)
and harrowing, at intervals of approximately 25 days between each one.
The sowing of the grass was carried out in May 2015, in rows 50 cm apart
and by dripping, with a dose of 10 kg of total seed ha-1 (1 kg of pure germinable seed ha-1)
and at a depth of 1.5 cm. Before sowing, 10 soil samples were taken
with an auger by the zigzag method, at a depth of 0-20 cm, to which the
pH in H2O was determined (potentiometry, soil-water ratio 1:
2.5). The contents of organic matter (Walkley and Black), assimilable P
(extraction with H2SO4 0.05 mol L-1 and colorimetric determination), interchangeable cations [extraction with NH4Ac 1 mol L-1
pH 7 and determination by complexometry (Ca and Mg) were determined. As
well as, flame photometry (Na and K)], and the CIB (sum of
interchangeable bases) were determined according to the analytical
techniques established in the soil and plant laboratory of the National
Institute of Agricultural Sciences (INCA) 21.
For biofertilization with A. brasilense, the commercial product Nitrofix®,
from the Cuban Institute for Research on Sugar Cane Derivatives
(ICIDCA) was used, which contained the 8I strain, with a concentration
of 109 CFU ml-1. A solution composed of a mixture of
biofertilizer and water in a 1:10 ratio was prepared, in which the seeds
were immersed for 15 minutes. Subsequently they were extracted and
dried in the shade, and planting was carried out. 30 days after sowing, a
mixture of the biofertilizer and water was prepared in the proportion
already described, and it was applied to the soil, very close to the
furrows, using a manual backpack at a rate of 20 L ha-1 of Nitrofix®.
For the application of the mycorrhizal biofertilizer, the INCAM-11 strain of the AMF species Rhizoglomus irregulare22
from the INCA collection was used. The inoculum was multiplied in a
clay substrate autoclaved at 120 °C for one hour for 3 days, with the
use of Brachiaria decumbens cv. Basilisk as a host plant, and
contained 30 spores per gram of substrate, as well as abundant fragments
of rootlets and hyphae of the fungus.
The
inoculation was carried out by the seed coating method, for which the
seeds were immersed in a fluid paste, made by mixing a quantity of solid
inoculum equivalent to 10 % of the weight of the seeds and water, in a
proportion of 60 mL of water for every 100 g of inoculum. The seeds were
after drying in the shade, sown. In the treatment where both
biofertilizers applied together, the product containing A. brasilense
was added to the water used to prepare the mycorrhizal inoculant for
planting, maintaining the same inoculum-water ratio. Fertilizers were
not applied in the experiment.
Four cuts were at
a height of 10 cm made from the soil surface, the first two at 90 and
150 days after planting, both in the rainy season, and the others at
90-day intervals, coinciding with the least period rainy. In each cut,
the fresh mass of the aerial part of the grass that occupied the
calculation area of the plots was weighed and samples of 200 g were
taken. These were taken to an air circulation stove at 70 ºC for 72
hours, to determine the percentage of dry mass, estimate the yield of
dry mass, and the concentrations of N, P, K in the biomass 21.
At
the time of each cut, at five points in the calculation area of each
plot, the height of the canopy was measured using a graduated ruler, and
the reading point was considered, the point where most of the leaves
lost their vertical position. In the second and fourth cut, framed in
the rainy and dry season, respectively, three sub-samples of roots and
soil were taken from the rhizosphere at a depth of 0‒20 cm, using a
cylinder metallic 5 cm in diameter and 20 cm high. The sampling points
were equidistant distributed and separated 10 cm from the grooves.
The
subsamples were homogenized to form a sample composed of a plot, from
which 1 g of rootlets was extracted for staining and clarification 23. The frequency of mycorrhizal colonization was using the intercepts method evaluated 24, the visual density or intensity of colonization 25,
and the number of spores in the rhizosphere, from the sieving and
decantation of these structures by the wet route and its observation
under a microscope 26.
Root
density was determined just before the second cut; to do this, at three
equidistant points located in the calculation area of each plot and 10
cm from the furrow, a vertical cut of the soil was made to a depth of 25
cm, and a metal cylinder 5 cm in diameter and 20 cm in diameter length
was inserted. The soil contained in each cylinder was deposited in a
glass container, running water was added and manually stirred until the
coarse aggregates were dissolved, and then it was passed through a 0.5
mm sieve. The roots collected in the sieve were washed again to remove
soil remains, air-dried and placed in a stove at 70 ºC until a constant
mass was obtained.
Statistical data processing was performed using analysis of variance and Duncan's multiple range test 27
at p<0.05. In the variables corresponding to the chemical
characterization of the soil, as well as in those whose results are
shown in graphs, the confidence interval of the means (α=0.05) was used
as a dispersion statistic or as a criterion for comparison 28. In all cases, the statistical program SPSS 25 was used 29.
RESULTS AND DISCUSSION
Figure 2 shows the influence of treatments on fungal variables. Both in the rainy and in the rainy period, with the inoculation of R. irregulare,
a significant increase in the frequency and intensity of mycorrhizal
colonization (visual density) was found, as well as the number of spores
in the rhizosphere. However, the greatest effects were observed with
the coinoculation of A. brasilense and R. irregular. It can be attributed to a positive effect of the growth-stimulating substances produced by A. brasilense
in increasing the length and branching of the roots and consequently,
in the increase of colonization sites, as well as the stimulation of
these substances in the formation and multiplication of mycorrhizal
structures 16,30.
The
values of the fungal variables were higher in the rainy period than in
the dry period, probably due to the seasonality of the biomass
production of the grass. During the rainy season, a rapid growth of the
pastures occurs due to the higher levels of rainfall and temperature, as
shown in Figure 1. Both factors, together with the increase in luminosity 31,32,
lead to the absorption of a greater quantity of nutrients for the
formation of biomass and consequently, the formation of greater amounts
of mycorrhizal structures to guarantee the access of the plants to the
soil resources 33,34.
Effect of treatments on fungal variables. The vertical bars show the confidence interval
Means with confidence intervals that overlap each other do not differ significantly (α=0.05)
Table 2 shows the effect of biofertilization on
macronutrient concentrations (N, P and K) in the pasture biomass of the
pasture. Both in the rainy and in the rainy period, the separate
application of both biofertilizers increased the concentrations of N in
relation to the non-inoculated treatment (control), although between
both treatments, the highest values corresponded to A. brasilense but the greatest effects were found with the joint application of biofertilizers.
When evaluating the participation of biofertilizers in the increase of nitrogen concentrations in biomass (Figure 3),
a similar result was observed; that is, the application of one or the
other biofertilizer alone improved grass nutrition with this nutrient
during both periods, although the highest values corresponded to
treatment with A. brasilense. However, the greatest participation was achieved with the joint application of both biofertilizers.
Participation of biofertilizers in increasing N concentrations in biomass
Participation (%)=[(N concentration (g kg-1) in the aerial biomass of the biofertilized treatment - N concentration (g kg-1) of the control aerial biomass)/ N concentration (g kg-1) of the above-ground biomass of the inoculated treatment] x 100
The
vertical bars show the confidence interval. Means with confidence
intervals that overlap each other do not differ significantly (α=0.05)
Forage poaceae require significant amounts of N to improve their yield and nutritional value 7,35,
and judging by the organic matter content, the concentrations of N in
the soil where the experiment was carried out were not sufficient to
satisfy the demand of the crop. ; Furthermore, no nitrogen fertilizer
was applied in the experiment. Furthermore, AMF has been shown to
actively participate in the transfer of N from the soil to the host
plant 36. From these premises, a positive effect of inoculation with R. irregulare on the absorption of N, on the increase in the concentrations of this element in the above-ground biomass, as observed in Figure 3, could be expected, and consequently , an improvement of the nitrogen nutrition of the grass.
With respect to inoculation with A. brasilense, it is known that this microorganism can fix significant amounts of N in grass species of the Brachiaria genus 8,37,
so that this could explain its greater effect in increasing
concentrations of N in biomass and its greatest contribution to nitrogen
nutrition, in relation to R. irregulare. However, the fact that
both variables have reached the highest values with the treatment where
the microorganisms were applied jointly reflects a complementary effect
of the same in improving the nitrogen nutrition of the grass.
The
treatments had no effect on the concentrations of P and K in the
above-ground biomass, which was in correspondence with the high contents
of both elements in the soil (Table 1); in fact, this was a criterion for deciding not to apply phosphoric or potassium fertilizer in the experiment.
Table 3 shows the effect of the treatments on
some indicators of growth and dry mass DM yield of the aerial part of
the grass. As in the variables previously analyzed, a significant effect
of biofertilization was found on canopy height and DM yield, both in
the rainy season and in the least rainy season, as well as on the grass
root density. When comparing the results obtained with the application
of these microorganisms separately, the inoculation with A. brasilense showed higher values than those achieved with R. irregulare in these variables, although the greatest effects were obtained with the joint application of both biofertilizers.
The
effect of the treatments on the growth and yield of the pasture seems
to be related to the influence of biofertilizers on the concentrations
of N in the biomass of the aerial part of the plants. It is known that,
of all the mineral nutrients, this element is, quantitatively, the most
important for forage crops 7,38.
Thus, the improvement of nitrogen nutrition caused by the application
of biofertilizers, as observed in the previous table could have
favorably affected canopy height and root growth, and consequently,
grass yield.
In the case of A. brasilense, in
addition to its contribution to the biological fixation of N previously
mentioned, this microorganism also exerts different growth stimulation
mechanisms through the production of phytohormones, mainly indolacetic
acid and gibberellins, which modifies the metabolism of plants and leads
to better uptake of water and minerals 8,39. This could also explain its greater influence on grass growth, in relation to R. irregulare.
With
regard to AMF, several authors have found a positive effect on N
concentrations in the biomass of the aerial part of pastures inoculated
with efficient strains. It is from an increase in the use of this
element, given both by the increase of the radical surface of plants;
such as by the formation of mycorrhizal structures that allow access to
this and other soil resources 36, which could be influencing the results, obtained.
It is interesting to note that the adding of R. irregulare
has been effective in improving the concentrations of N in the biomass
of the aerial part, the growth and the yield of the pasture, despite the
high concentrations of P in the soil. Some works report that the effect
of mycorrhizal inoculation can be in the presence of high contents of
this element inhibited 40. However, others
have found that plants inoculated with efficient AMF strains can
achieve effective mycorrhizal function even in soils with high
concentrations of P, if other nutrients limit their growth and
development 41.
CONCLUSIONS
Biofertilization with A. brasilense and R. irregulare constitutes an effective alternative to improve nitrogen nutrition and yield of B. hybrid cv.
Mulato
II, at least during the first year of its application. The best
benefits are obtained with the joint application of both microorganisms.
It is suggested to carry out studies
to evaluate its contribution to the reduction of the application of
fertilizers, mainly nitrogenous ones.